Déterminisme et chimie

Bonjour/Bonsoir.

Je me suis un jour dis: le monde est surement déterministe, si l’on considère l’ensemble des atomes de l’univers a un instant, nous pouvons théoriquement prédire toutes les réactions chimiques qu’elles vont entraîner, et ainsi de suite.

Cependant, j’ai entendu récemment que certaines propriétés des particules élémentaires semblent être aléatoire. Cela-il rends il imprédictible les réactions chimiques ? Cela réfute il le fait que l’univers soit déterministe ?

Merci

Rapidement, peux tu expliquer pourquoi il est impossible de prédire la réaction d’un atome avec un autre (en dehors de la précision de la mesure), ou as-tu un lieu là dessus ?

Merci

pourquoi il est impossible de prédire la réaction d’un atome avec un autre (en dehors de la précision de la mesure)

Le pourquoi, j’en sais foutrement rien. C’est une observation que l’on a pu faire. Les inégalités de Bell ne sont jamais vérifiées par ses systèmes, ce qui signifie pour simplifier qu’ils ne sont pas déterminés par des variables cachées (autrement dit que l’impossibilité de prédiction de comportement de ces systèmes n’est pas due à notre méconnaissance de la physique qui les régit, mais à une imprédictibilité intrinsèque).

J’ai vraiment du mal avec ce concept. Ce que tu dis fais vraiment consensus ? Comment pourrait t-on prouver qu’il n’y a pas de variables cachées, peut être qu’on a juste pas assez cherché , non ?

Ce que tu dis fais vraiment consensus ?

Oui, pour autant qu’un consensus ait la moindre valeur en science.

Comment pourrait t-on prouver qu’il n’y a pas de variables cachées, ça pourrait peut être qu’on a juste pas assez cherché ?

Ça dépend de ce que tu entends par prouver. Si c’est déduire en partant d’axiomes irréfutables par construction, non. Si c’est avoir un ensemble d’observations qui le montrent étant donné un cadre théorique raisonnable (lui-même basé sur les observations passées), alors oui, c’est ce que montre la violation systématique des inégalités de Bell par les systèmes quantiques. Ces inégalités sont fondées sur trois hypothèses, le déterminisme (via variables cachées), le fait que l’information ne voyage pas plus vite que la lumière dans le vide, et le fait que les particules élémentaires ont des propriétés intrinsèques. L’hypothèse la plus raisonnable à rejeter (étant donné qu’on n’a jamais observé d’info aller plus vite que la lumière, et qu’on n’a vraiment pas envie de rejeter le principe de réalisme), c’est le déterminisme.

J’ajouterai que même si un phénomène est déterministe, il peut quand même être aléatoire de notre point de vue. Un phénomène chaotique par exemple peut rapidement diverger très rapidement entre deux valeurs initiales très proches et apparaitre comme aléatoire après un certain temps. Il n’en reste pas moins totalement déterministe.

Peut on considérer qu’il est réellement aléatoire alors ?

Cependant, j’ai entendu récemment que certaines propriétés des particules élémentaires semblent être aléatoire. Cela-il rends il imprédictible les réactions chimiques 

Les particules élementaires sont plus petites que les atomes. Certaines particules élementaires sont dans l’atome et effectivement certains aspect sont dit "indeterminable" (voir principe d’indetermination d’Heisenberg).

L’électron par exemple est au cœur des liaisons chimiques et donc de la réactivité des espèces. Mais ce dernier n’est pas "aléatoire" sous tout ces aspects ! Il a bel et bien des caractéristiques qui permette la prédictibilité des réactions. Et sur un panel assez grand (disons une mole) on est clairement sur de ce qu’on avance lorsque l’on parle de réactivité.

Les atomes dans l’espace, et les molécules au laboratoire ne sont pas soumis aux même pression/température. Donc les loi de la physique s’y appliquent avec des paramêtres assez extrêmes. Bien souvent c’est le nucléaire (dans les étoiles par exemple) qui interviendra et pas de la chimie.

Ce que dit Demandred, c’est que le déterminisme ne garantit pas la prédictibilité. Autrement dit, dire qu’un phénomène n’est pas prédictible en pratique est moins fort que dire qu’il n’est pas déterministe (la réponse à ta question est donc qu’effectivement, un système non prédictible n’est pas nécessairement aléatoire). J’ai du mal à comprendre sa remarque dans cette discussion du coup, puisque le point central c’est justement que l’on sait grâce à la violation des inégalités de Bell que la non prédictibilité des phénomènes quantiques n’est pas du à un caractère chaotique, mais à un indéterminisme intrinsèque.

Par ailleurs, ce dont parle Blackline, c’est encore différent.

Certaines particules élementaires sont dans l’atome et effectivement certains aspect sont dit "indeterminable" (voir principe d’indetermination d’Heisenberg).

Indéterminable par la mesure ne signifie pas indéterminé, c’est encore autre chose. Les scientifiques se sont justement pas mal battus pour savoir si cette indétermination de la mesure était le reflet d’un indéterminisme intrinsèque ou non.

Histoire d’en rajouter une couche sur la distinction entre le déterminisme et la prédictibilité :

Un système de 3 ressort est chaotique. Cela signifie qu’un petit écart sur les positions ou vitesses initiales donne un écart arbitrairement grand au bout d’un certain temps. Donc un système comportant au moins 3 atomes en interaction est chaotique. Or, on sait que la position et la vitesse d’un atome ne peuvent pas être connus simultanément avec une précision infinie, donc il existe un « écart » intrinsèque sur les positions ou vitesses. Donc un système comportant 3 atomes au moins est totalement imprédictible (c’est-à-dire qu’il existe un temps au bout duquel, même avec la meilleure précision physiquement possible sur l’état initial, le vrai état final n’est plus estimable).

Mais on s’en fout. En effet, quand tu as une dizaine de milliards de particules dans un système, le comportement individuel, ça n’a aucune espèce d’importance. Ce qui compte est le comportement collectif. Et lui est déterministe (merci la physique statistique). Ainsi, la radiation émise par un gros bloc de plutonium est la conséquence d’un phénomène intrinsèquement aléatoire, et est déterministe à notre échelle (c’est-à-dire qu’on peut prédire ce qui sera émis avec une barre d’erreur fiable, et ce pour un temps infini – en vérité tant que l’on est dans le domaine statistique, donc tant qu’il y a assez de particules radioactives pour que tout ça se moyenne bien).

Peut on considérer qu’il est réellement aléatoire alors ?

C’est une bonne question. Dans l’absolu non car c’est totalement déterministe, mais en pratique oui car le niveau de connaissance pour avoir une précision acceptable devient rapidement totalement hors de porté de l’humanité. Pour te donner un ordre d’idée, prédire correctement la météo à un horizon de plus de deux semaines demanderait de tenir compte il me semble de la position de chaque atome présent dans le rayon terre-lune. Autant dire que ce n’est pas demain que va ça va arriver.

Par contre d’un point de vue statistique, on peut avoir une idée plutôt fiable de ce que sera la météo dans un mois : il est très probable qu’il fasse entre 25° et 30° à Paris le 17 juillet 2017. Ce qui en pratique est suffisant comme information pour la majorité des gens.

la violation des inégalités de Bell que la non prédictibilité des phénomènes quantiques n’est pas du à un caractère chaotique, mais à un indéterminisme intrinsèque.

Je ne le savais pas. On a une idée de pourquoi cet indéterminisme intrinsèque ? Comment on sait que ça ne peut être un phénomène chaotique sous-jacent ?

Et lui est déterministe (merci la physique statistique).

Tu considérés qu’un phénomène statistiquement prévisible est déterministe ? Pour moi un phénomène déterministe est un phénomène qui donne toujours le même résultat si on a les mêmes paramètres en entrée (comme une fonction pure en programmation). Un phénomène aléatoire donne toujours le même genre de résultats (on sait globalement à quoi s’attendre) mais on ne sait pas exactement ce qu’on va avoir si ? Par exemple deux mesures d’un même phénomène du genre de ceux que tu décris donnent le même résultat ? (même au sens numérique ou au sens identiques d’après un test statistique ?

la violation des inégalités de Bell que la non prédictibilité des phénomènes quantiques n’est pas du à un caractère chaotique, mais à un indéterminisme intrinsèque.

Je ne le savais pas. On a une idée de pourquoi cet indéterminisme intrinsèque ? Comment on sait que ça ne peut être un phénomène chaotique sous-jacent ?

Le pourquoi est innaccessible à la méthode scientifique. On ne sait pas pourquoi le monde devrait être déterministe ou pas, pourquoi le monde devrait être régit par des lois physiques constantes, ou même pourquoi le monde existe tout court, ni si la question du pourquoi à le moindre sens. Tout ce qu’on peut faire, c’est faire avec les sets d’observables disponibles et essayé de mettre au point les théories les plus générales possibles et reposant sur les hypothèses les plus réduites possibles. J’ai déjà répondu à la deuxième question.

J’ai déjà répondu à la deuxième question.

Ha oui désolé je n’avais pas vu, au temps pour moi. Merci pour ta réponse.

Comme je le disais,

Ce qui compte est le comportement collectif. Et lui est déterministe […] c’est-à-dire qu’on peut prédire ce qui sera émis avec une barre d’erreur fiable

Si on fait une expérience, on a un résultat qui se situe à X avec un écart type de Y suivant une loi gaussienne. Je considère que le résultat n’est pas un nombre seul (et donc une expérience n’a pas vraiment de résultat, juste des évènements), mais un X ± Y. Qui lui, est prédictible (ça, c’est difficilement contestable), et déterministe au sens de la physique statistique (si on dit $PV = nRT$, si connais $P$, $V$ et $n$, tu détermines $T$).

Stricto sensu, le calcul d’une pression est un résultat qui dépend d’un phénomène aléatoire. Pourtant, les barres d’erreur dues au hasard sont inférieurs à celles due à l’instrument de mesure. Si on considère que tout ce qui provient d’un phénomène aléatoire est aléatoire, alors tout est aléatoire, fin de l’histoire. Sinon, tu as un résultat prédictible aux incertitudes près, et déterministe à certaines échelles.

Il est peut être temps dans ce débat d’essayer de raffiner l’emploi du mot « aléatoire ». Parce qu’il ne désigne pas exactement la même chose selon les contexte.

• On a un premier aléatoire, disons « pratique ». Si je lance une pièce, le côté sur lequel elle tombe est déterminée à son lancer. Impossible cependant de pouvoir raisonnablement faire la prédiction avant que la pièce ne retombe. C’est donc pratique de considérer que la pièce réalise une expérience aléatoire et d’en étudier le comportement sur de nombreux lancers.
• Il y un second aléatoire, disons « fondamental », qui vient du fait que certaines expériences reposent fondamentalement sur des mécanismes non-déterministes. Par exemple le fait qu’une particule élémentaire n’a pas de couple position-vitesse s’exprime par le fait qu’une mesure précise d’une donnée contre-balance une indétermination sur l’autre donnée.

Après se pose la question de ce que l’on peut, ou pas, prédire.

A priori, ce n’est pas parce qu’une expérience est aléatoire (en pratique ou fondamentalement) qu’on ne peut pas faire de prédiction. C’est d’ailleurs le but même des probabilités que de faire des prédictions (justes et vérifiables) sur des expériences aléatoires. C’est en ce sens que va :

Ce qui compte est le comportement collectif. Et lui est déterministe […] c’est-à-dire qu’on peut prédire ce qui sera émis avec une barre d’erreur fiable

D’un autre côté, avoir une expérience aléatoire fondamentalement, ça ne dit pas qu’on n’a une incapacité à prédire. Ça dit que la quantité que l’on cherche à mesurer ne peut pas être prédite avant sa mesure. Ce n’est donc pas une incapacité mais un non-sens, ce qui est très différent. C’est en ce sens que va :

Indéterminable par la mesure ne signifie pas indéterminé, c’est encore autre chose. Les scientifiques se sont justement pas mal battus pour savoir si cette indétermination de la mesure était le reflet d’un indéterminisme intrinsèque ou non.

À partir de ça, on peut déjà répondre aux questions du premier post.

Cela-il rends il imprédictible les réactions chimiques ?

Non. Certaines données macroscopiques émergent et peuvent être prédites.

Cela réfute il le fait que l’univers soit déterministe ?

Oui. Si c’était le cas, certaines expériences ne se dérouleraient pas de la façon dont elles se sont produites.

Ce que tu dis fais vraiment consensus ? Comment pourrait t-on prouver qu’il n’y a pas de variables cachées, peut être qu’on a juste pas assez cherché , non ?

Il y a des façons de montrer que quelque chose n’existe pas sans seulement dire qu’on ne l’a pas trouvé ;).

J’ai aussi envie de commenter d’autres passages.

nous ne jouons pas avec des playmobil, on se plie aux lois de la nature, on interprète ces lois et on en tire des équations pleines de sens.

Nous ne connaissons pas les lois de la nature. D’ailleurs nous ne savons pas si de telles choses existes.

Ce principe dit simplement qu’on ne peut pas prévoir exactement où est l’électron si l’on souhaite savoir quand il y sera.

Ce n’est pas tellement qu’on ne peut pas, c’est plutôt que ça n’a pas de sens.

Pour moi un phénomène déterministe est un phénomène qui donne toujours le même résultat si on a les mêmes paramètres en entrée (comme une fonction pure en programmation).

C’est le cas des données macroscopiques. Ce n’est pas parce qu’on a des incertitudes de mesures que la donnée n’est pas prédite exactement. D’ailleurs je serais bien curieux de savoir s’il existe ne serait-ce qu’une seule expérience dont il n’y a pas de barre d’erreur à l’observation.

D’ailleurs je serais bien curieux de savoir s’il existe ne serait-ce qu’une seule expérience dont il n’y a pas de barre d’erreur à l’observation.

Peut-être certains phénomène quantique. Si tu ne peux observer que -1 ou 1, et que ton expérience est sensible à 0,1 près, alors toutes mesures peut être associées de manière fiable à -1 ou 1.

Il y a toujours des considérations comme « j’ai une chance sur 10 millions de faire un faux positifs, mais j’ai beaucoup d’essais… », mais d’un point de vue « expérience de pensée », il me semble que c’est possible.

Il y un second aléatoire, disons « fondamental », qui vient du fait que certaines expériences reposent fondamentalement sur des mécanismes non-déterministes. Par exemple le fait qu’une particule élémentaire n’a pas de couple position-vitesse s’exprime par le fait qu’une mesure précise d’une donnée contre-balance une indétermination sur l’autre donnée.

Tout à fait, je n’ai jamais compris en quoi le principe d’incertitude de Heisenberg était si perturbant et novatrice alors qu’en réalité… c’est la logique même.

Comment deux paramètres conjugués telles que la vitesse/position ou fréquence/temps soient connues avec une précision infinie alors que les formules même reliant ces variables le disent que cela n’a pas de sens.

Pour connaitre la vitesse de quelque chose, il faut mesure le temps parcouru durant un différentiel de position. Comme pour obtenir la vitesse il faut deux positions, nous ne pouvons pas affecter la vitesse mesurée à une position précise (nous n’avons qu’un intervalle de validité de la mesure). Macroscopiquement on s’en fout car globalement nous nous attachons pas à une précision si grande, mais quand le moindre écart de mesure est de l’ordre de grandeur de la mesure elle même, cela a un impact non négligeable.

Tout à fait, je n’ai jamais compris en quoi le principe d’incertitude de Heisenberg était si perturbant et novatrice alors qu’en réalité… c’est la logique même.

C’est parce qu’on cherche toujours à faire coller les preuves à notre intuition, alors que l’on devrait faire l’inverse.

Comment deux paramètres conjugués telles que la vitesse/position ou fréquence/temps soient connues avec une précision infinie alors que les formules même reliant ces variables le disent que cela n’a pas de sens.

Par contre ici tu te trompes. Je peux très bien calculer simultanément la position et la vitesse d’une particule dans un cadre qui le permet. C’est ce qu’on fait quand on résout les équations de Newton pour la chute d’un corps (par exemple).

Pour connaitre la vitesse de quelque chose, il faut mesure le temps parcouru durant un différentiel de position. Comme pour obtenir la vitesse il faut deux positions, nous ne pouvons pas affecter la vitesse mesurée à une position précise (nous n’avons qu’un intervalle de validité de la mesure).

C’est parce que ta notion de vitesse (qui est intuitive) ne correspond pas au formalisme. Pour calculer une vitesse, je n’ai pas besoin de deux positions. À vrai dire il y a tout un tas de manières de calculer une vitesse, par exemple avec une accélération (donnée par les forces extérieures, d’après Newton) et une vitesse initiale.

Par ailleurs, si on calculait vraiment les vitesses avec deux positions comparées, on ne pourrait jamais calculer de vitesse instantanée, alors que c’est bien là-dessus qu’on fait porter nos lois.

Que veut dire intrinsèquement aléatoire pour un phénomène physique ?

Parce qu’en mathématique, ça veut juste dire un manque d’information ou une impossibilité de caractériser l’information, pas qu’il y a Dieu qui joue aux dés.

Parce qu’en mathématique, ça veut juste dire un manque d’information ou une impossibilité de caractériser l’information, pas qu’il y a Dieu qui joue aux dés.

On a vraiment une définition de l’aléatoire en mathématiques ? J’en suis pas si sûr